Uticaj složenosti oblika, materijala, koncentracije napona i temperature na projektovanje zavarenih konstrukcija

U ovoj doktorskoj disertaciji zavarena konstrukcija je posmatrana kao složen sistem elemenata sa kompleksnim interakcijama koji su heterogeni iz aspekta materijala, oblika i dimenzija, mehaničkih karakteristika, kao i eksploatacionih i funkcionalnih uslova. Heterogenost elemenata zavarene konstrukcije uslovljava njihove različite karakteristike i odgovore na opterećenje, dok nehomogenost njihove mikrostrukture uslovljava i dodatno usložnjava naponsko-deformaciono stanje. Specifičnosti projektovanja zavarenih mašinskih konstrukcija sagledane su iz aspekta složenosti oblika, materijala, koncentracije napona i temperature eksploatacije. Eksperimentalno određivanje mehaničkih karakteristika i analiza ponašanja u eksploatacionim uslovima, na sobnoj i povišenim temperaturama, izvedena je na modelima od mikrolegiranog čelika povišene jačine. Ispitivani modeli pored zone zavarenog spoja sadrže i zonu geometrijskog diskontinuiteta kao dodatni izvor koncentracije napona što je čest slučaj kod elemenata zavarenih konstrukcija. Skup faktora koji uslovljavaju projektovanje zavarenih konstrukcija identifikovan je sveobuhvatnom analizom eksperimentalnih rezultata i verifikovan je teorijskim razmatranjem naponsko-deformacionog stanja koje nastaje kod razmatranih modela. Posebna pažnja je posvećena analizi mehaničkih osobina i karakteristika mikrolegiranih čelika povišene jačine za izradu veoma odgovornih zavarenih mašinskih konstrukcija, kao savremenog materijala, čija upotreba omogućava ostvarivanje niza prednosti, ali sa sobom donosi i specifične probleme koji moraju biti adekvatno rešeni tokom procesa projektovanja ovih konstrukcija. Identifikovanjem faktora koji određuju konstrukciono rešenje zavarenih mašinskih konstrukcija i utvrđivanjem njihovog uticaja date su preporuke kojima se utemeljuje racionalno korišćenje materijala i energije, ostvaruje smanjenje ukupnih troškova uz prihvatljive ekološke efekte i istovremeno unapređuje sigurnost i pouzdanost zavarenih mašinskih kons
In this dissertation welded constructions are analyzed as complex systems of elements with complex mechanisms of interactions that are heterogeneous from the aspects of materials, shape and dimensions, mechanical properties, so as exploitation and functional conditions. Heterogeneity of elements of welded constructions cause their different characteristics and their different response to load, while inhomogeneity of their microstructure cause complex stress-strain state so as additional complication of this state. The specific characteristics of welded constructions design are highlighted from the aspect of shape complexity, material, stress concentrations and exploitation temperature. Experimental determination of mechanical properties and analysis of mechanical response to load during exploitation at room and elevated temperatures were done at models made of low alloyed high strength steel. Tested models besides zone of welded joint have zone of geometrical discontinuities as additional source of stress concentration that is common case at elements of welded mechanical constructions. Set of parameters that influent to design of welded constructions is identificated by analysis of experimental results and verified by theoretical considerations of stress-strain state at tested models. Special focus is put on analysis of characteristics and mechanical properties of low alloyed high strength steels for welded mechanical constructions as present material with usage that obtain number of advances, but also bring some specific problems that must be solved during process of design of those constructions. By identification of factors that influent to constructional solution of welded construction and determination of their influence, recommendations are given to establish rational usage of material and energy, obtained reduction of total costs with minimal ecological impact and with simultaneous improve of safety and reliability of welded constructions.